JP4941595B2 - 電源システム - Google Patents

Description

この発明は、電源システムおよびそれを備えた電動車両に関し、より特定的には、電源システムに搭載された蓄電装置を過充電から保護するための技術に関する。

近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などのように、電動機を駆動力源とする電動車両が注目されている。このような電動車両においては、蓄電装置から電動機に電力を供給する一方で、回生制動時には駆動力の回転力を用いて電動機を回生発電させ、その発生した回生電力を蓄電装置に回収することが一般的に行なわれている。また、ハイブリッド自動車においては、内燃機関を用いて発電機を駆動し、発電機が発生した回生電力を用いて蓄電装置を充電するものが知られている。
特開平５−１５７３３０号公報

このような電動車両では、急ブレーキ時やスリップ時などに電力バランスが急変し、入力側（蓄電装置側）で受入れ可能な電力を超えて電動機が発電する場合がある。そして、回生電力の急増によって蓄電装置の好適な充電電力を超える余剰電力が発生すると、蓄電装置には過充電が発生する可能性がある。したがって、蓄電装置の過充電を回避するためには、電動車両の回生制動時に発生する余剰電力を消費するための制御構成が求められる。

その一方で、このような制御構成では、余剰電力のみを消費するのが理想であるのに対して、本来の余剰電力を上回る電力が消費された場合には、電力損失を増大させてしまう可能性がある。そのため、回生電力の大きさに応じて余剰電力の消費動作を適正に制御する必要がある。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、余剰電力を適正に消費することにより、蓄電装置の過充電を防止可能な電源システムおよびそれを備えた電動車両を提供することである。

この発明のある局面に従えば、負荷装置との間で電力を授受可能な電源システムであって、負荷装置へ電力を供給する一方で、負荷装置が発電する回生電力により充電される蓄電装置と、オン状態に駆動されることにより、回生電力のうち蓄電装置に充電されない余剰電力を消費するように構成された余剰電力消費回路と、余剰電力消費回路を制御する制御装置とを備える。制御装置は、余剰電力消費回路がオン状態であるときに、蓄電装置の回生電力の受入れ可否を判断するとともに、蓄電装置が回生電力を受入れ可能と判断された場合に、余剰電力消費回路をオフ状態に駆動する。

好ましくは、制御装置は、余剰電力消費回路がオン状態に駆動された時点からの経過時間を計時し、計時した経過時間が所定時間を超えたときに、蓄電装置が回生電力を受入れ可能と判断する。

好ましくは、負荷装置は、電源システムから供給される電力を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部を含む。所定時間は、車両の走行状況の変化に応じて余剰電力が発生することが想定される期間を含むように設定される。

好ましくは、制御装置は、余剰電力消費回路がオン状態に駆動された時点からの回生電力の時間的変化を取得するとともに、取得した回生電力が予め定められたしきい値を下回ったときに、蓄電装置が回生電力を受入可能と判断する。

好ましくは、しきい値は、蓄電装置の許容充電電力に基づいて設定される。
好ましくは、しきい値は、余剰電力消費回路がオン状態に駆動された時点での回生電力の記憶値に設定される。

好ましくは、電源システムは、負荷装置と電源システムとの間で電力を授受可能に構成された電力線と、電力線の電圧値を検出する電圧センサと、電力線の電流値を検出する電流センサとをさらに備える。制御装置は、電圧センサおよび電流センサによってそれぞれ検出された電力線の電圧値および電流値に基づいて、電力線上で負荷装置との間で授受される電力実績値を算出することにより、回生電力の時間的変化を取得する。

好ましくは、制御装置は、負荷装置の運転状態に基づいて回生電力を推定することにより、回生電力の時間的変化を取得する。

好ましくは、余剰電力消費回路は、オン状態に駆動されたときに直流電源に並列に接続される抵抗を含む。電源システムは、蓄電装置の電圧値を検出する電圧センサと、蓄電装置の電流値を検出する電流センサとをさらに備える。制御装置は、電圧センサおよび電流センサによってそれぞれ検出された蓄電装置の電圧値および電流値と、抵抗の抵抗値とに基づいて直流電源の充電電力および余剰電力消費回路での消費電力の実績値を算出することにより、回生電力の時間的変化を取得する。

好ましくは、電源システムは、蓄電装置の電流値を検出する電流センサをさらに備える。制御装置は、電流センサによって検出された蓄電装置の電流値に基づいて、蓄電装置の回生電力の受入れ可否を判断する。

好ましくは、電源システムは、蓄電装置の電圧値を検出する電圧センサをさらに備える。制御装置は、電圧センサによって検出された蓄電装置の電圧値に基づいて、蓄電装置の回生電力の受入れ可否を判断する。

好ましくは、負荷装置は、電源システムから供給される電力を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部を含む。制御装置は、車両の走行パターンに基づいて、負荷装置が、余剰電力が発生することが想定される運転状態から通常状態へ遷移したことが検出されたときに、蓄電装置が回生電力を受入れ可能と判断する。

この発明の別の局面に従えば、電動車両は、電源システムと、電源システムから供給される電力を受けて駆動力を発生する駆動力発生部とを備える。電源システムは、駆動力発生部へ電力を供給する一方で、駆動力発生部が発電する回生電力により充電される蓄電装置と、オン状態に駆動されることにより、回生電力のうち蓄電装置に充電されない余剰電力を消費するように構成された余剰電力消費回路と、余剰電力消費回路を制御する制御装置とを含む。制御装置は、余剰電力消費回路がオン状態であるときに、蓄電装置の回生電力の受入れ可否を判断するとともに、蓄電装置が回生電力を受入れ可能と判断された場合に、余剰電力消費回路をオフ状態に駆動する。

この発明によれば、過剰な回生電力を適正に消費することにより、蓄電装置の過充電を防止することができる。

この発明の実施の形態１による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。 余剰電力消費回路を非動作とした場合における、蓄電装置が出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂの時間的変化を示す図である。 スイッチング素子のオン・オフ制御にパルス幅変調制御を用いた場合における、蓄電装置が出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂの時間的変化を示す図である。 最小オン期間Ｔｏｎの設定動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態１による余剰電力消費回路のオン・オフ制御による、蓄電装置が出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂの時間的変化を示す図である。 本発明の実施の形態１に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 蓄電装置の許容充電電力特性の一例を示す図である 本発明の実施の形態２に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４の変更例に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態５による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態５による余剰電力消費回路のオン・オフ制御による、蓄電装置に入出力される直流電流Ｉｂおよび回生電力Ｐｇｎの時間的変化を示す図である。 本発明の実施の形態５に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５の変更例による余剰電力消費回路のオン・オフ制御による、蓄電装置に入出力される直流電流Ｉｂおよび回生電力Ｐｇｎの時間的変化を示す図である。 本発明の実施の形態５の変更例に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態６による電源システムにおける余剰電力消費回路のオン・オフ制御による、蓄電装置が出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂ、および回生電力Ｐｇｎの時間的変化を示す図である。 本発明の実施の形態６に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態７による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態７に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態７の変更例に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態８に従う余剰電力消費回路の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

５ アース線、６，７ 電力線、９ 温度センサ、１０，１３，２２ 電圧センサ、１０♯ 電源システム、１１，２１，２４ 電流センサ、１２ 昇降圧コンバータ、１４，３１ インバータ、１５ Ｕ相上下アーム、１６ Ｖ相上下アーム、１７ Ｗ相上下アーム、２０ 余剰電力消費回路、２５ 回転角センサ、２８ 駆動力発生部、３０，３０Ａ〜３０Ｇ 制御装置、１００，１００Ａ〜１００Ｇ モータ駆動システム、Ｂ 蓄電装置、Ｃ０，Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ 逆並列ダイオード、Ｌ１ リアクトル、Ｍ１ 交流電動機、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ８ 電力用半導体スイッチング素子、Ｒ１０ 抵抗、ＲＤ 減速機、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。

図１を参照して、モータ駆動システム１００は、電源システム１０♯と、平滑コンデンサＣ０と、駆動力発生部２８と、制御装置３０とを備える。

本実施の形態１においては、モータ駆動システム１００が搭載される電動車両（ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車等の電気エネルギーによって車両駆動力を発生する自動車をいうものとする）の駆動力を発生する駆動力発生部２８を「負荷装置」とする場合について例示する。そして、電動車両は、電源システム１０♯から駆動力発生部２８へ供給される電力により生じる駆動力を駆動輪（図示せず）に伝達することで走行する。また、電動車両は、回生時において、駆動力発生部２８によって運動エネルギーから電力を生じさせて電源システム１０♯に回収する。

電源システム１０♯は、電力線７およびアース線５を介して、駆動力発生部２８との間で直流電力の授受を行なう。なお、以下の説明においては、電源システム１０♯から駆動力発生部２８へ供給される電力を「駆動電力」とも称し、駆動力発生部２８から電源システム１０♯へ供給される電力を「回生電力」とも称する。

駆動力発生部２８は、インバータ１４と、インバータ１４によって駆動制御される交流電動機Ｍ１とを含んで構成される。この交流電動機Ｍ１は、電動車両の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動用電動機である。あるいは、この交流電動機Ｍ１は、エンジンにて駆動される発電機の機能を持つように構成されてもよく、電動機および発電機の機能を併せ持つように構成されてもよい。さらに、交流電動機Ｍ１は、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。すなわち、本実施の形態において、「交流電動機」は、交流駆動の電動機、発電機および電動発電機（モータジェネレータ）を含むものである。

インバータ１４は、電力線７およびアース線５の間に並列に設けられる、Ｕ相上下アーム１５と、Ｖ相上下アーム１６と、Ｗ相上下アーム１７とから成る。各相上下アームは、電力線７およびアース線５の間に直列接続されたスイッチング素子から構成される。たとえば、Ｕ相上下アーム１５は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４から成り、Ｖ相上下アーム１６は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６から成り、Ｗ相上下アーム１７は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８から成る。また、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対して、逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８によって制御される。

代表的には、交流電動機Ｍ１は、三相の永久磁石型同期電動機であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成される。さらに、各相コイルの他端は、各相上下アーム１５〜１７のスイッチング素子の中間点と接続されている。

電源システム１０♯は、蓄電装置Ｂと、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２と、余剰電力消費回路２０と、平滑コンデンサＣ１と、昇降圧コンバータ１２とを含む。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、代表的には、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池や電気二重層キャパシタ等により構成される。蓄電装置Ｂが出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂは、電圧センサ１０および電流センサ１１によってそれぞれ検出される。

システムリレーＳＲ１は、蓄電装置Ｂの正極端子および電力線６の間に接続され、システムリレーＳＲ２は、蓄電装置Ｂの負極端子およびアース線５の間に接続される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。

昇降圧コンバータ１２は、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は、電力線７およびアース線５の間に直列に接続される。電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１およびＳ２によって制御される。

この発明の実施の形態において、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。リアクトルＬ１は、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２の接続ノードと電力線６の間に接続される。また、平滑コンデンサＣ０は、電力線７およびアース線５の間に接続される。

さらに、この発明の実施の形態において、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２および平滑コンデンサＣ１の間には、余剰電力消費回路２０が設けられている。この余剰電力消費回路２０は、後述するように、モータ駆動制御システム１００が搭載された電動車両の回生制動時において、交流電動機Ｍ１が発電した回生電力のうち、蓄電装置Ｂに充電されない余剰電力を消費するように構成されている。

昇降圧コンバータ１２は、昇圧動作時には、蓄電装置Ｂから供給された直流電圧Ｖｂを昇圧した直流電圧ＶＨ（インバータ１４への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「システム電圧」とも称する）をインバータ１４へ供給する。より具体的には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のオン期間およびスイッチング素子のＱ２のオン期間（または、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間）が交互に設けられ、昇圧比は、これらのオン期間の比に応じたものとなる。あるいは、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２をオンおよびオフにそれぞれ固定すれば、ＶＨ＝Ｖｂ（昇圧比＝１．０）とすることもできる。

また、昇降圧コンバータ１２は、降圧動作時には、平滑コンデンサＣ０を介してインバータ１４から供給された直流電圧ＶＨ（システム電圧）を降圧して蓄電装置Ｂを充電する。より具体的には、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２に応答して、スイッチング素子Ｑ１のみがオンする期間と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の両方がオフする期間（または、スイッチング素子のＱ２のオン期間）とが交互に設けられ、降圧比は上記オン期間のデューティ比に応じたものとなる。

平滑コンデンサＣ０は、昇降圧コンバータ１２からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１４へ供給する。電圧センサ１３は、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧、すなわち、システム電圧ＶＨを検出し、その検出値を制御装置３０へ出力する。

インバータ１４は、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が正（Ｔｒｑｃｏｍ＞０）の場合には、平滑コンデンサＣ０から直流電圧が供給されると制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答した、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換して正のトルクを出力するように交流電動機Ｍ１を駆動する。また、インバータ１４は、交流電動機Ｍ１のトルク指令値が零の場合（Ｔｒｑｃｏｍ＝０）には、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、直流電圧を交流電圧に変換してトルクが零になるように交流電動機Ｍ１を駆動する。これにより、交流電動機Ｍ１は、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍによって指定された零または正のトルクを発生するように駆動される。

さらに、モータ駆動システム１００が搭載された電動車両の回生制動時には、交流電動機Ｍ１のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍは負に設定される（Ｔｒｑｃｏｍ＜０）。この場合には、インバータ１４は、スイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８に応答したスイッチング動作により、交流電動機Ｍ１が発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧（システム電圧）を平滑コンデンサＣ０を介して昇降圧コンバータ１２へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、電動車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

電流センサ２４は、交流電動機Ｍ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴを検出し、その検出したモータ電流を制御装置３０へ出力する。なお、三相電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの瞬時値の和は零であるので、図１に示すように電流センサ２４は２相分のモータ電流（たとえば、Ｖ相電流ｉｖおよびＷ相電流ｉｗ）を検出するように配置すれば足りる。

回転角センサ（レゾルバ）２５は、交流電動機Ｍ１のロータ回転角θを検出し、その検出した回転角θを制御装置３０へ送出する。制御装置３０では、回転角θに基づき交流電動機Ｍ１の回転数（回転速度）および角速度ω（ｒａｄ／ｓ）を算出できる。なお、回転角センサ２５については、回転角θを制御装置３０にてモータ電圧や電流から直接演算することによって、配置を省略してもよい。

制御装置３０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、予め記憶されたプログラムを図示しないＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、モータ駆動システム１００の動作を制御する。

代表的な機能として、制御装置３０は、入力されたトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ、電圧センサ１０によって検出された直流電圧Ｖｂ、電流センサ１１によって検出された直流電流Ｉｂ、電圧センサ１３によって検出されたシステム電圧ＶＨおよび電流センサ２４からのモータ電流ｉｖ，ｉｗ、回転角センサ２５からの回転角θ等に基づいて、交流電動機Ｍ１がトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに従ったトルクを出力するように、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４の動作を制御する。すなわち、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４を上記のように制御するためのスイッチング制御信号Ｓ１〜Ｓ８を生成して、昇降圧コンバータ１２およびインバータ１４へ出力する。

昇降圧コンバータ１２の昇圧動作時には、制御装置３０は、システム電圧ＶＨをフィードバック制御し、システム電圧ＶＨが電圧指令値に一致するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成する。

また、制御装置３０は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流電動機Ｍ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換するようにスイッチング制御信号Ｓ３〜Ｓ８を生成してインバータ１４へ出力する。これにより、インバータ１４は、交流電動機Ｍ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇降圧コンバータ１２へ供給する。

さらに、制御装置３０は、電動車両が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータ１４から供給された直流電圧を降圧するようにスイッチング制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成し、昇降圧コンバータ１２へ出力する。これにより、交流電動機Ｍ１が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて蓄電装置Ｂに供給される。

ここで、蓄電装置Ｂは、上述したように、二次電池等によって構成されるため、その充電状態（State Of Charge：ＳＯＣ）および温度等に応じて受入可能な電力が制限される。したがって、走行状況の急変により蓄電装置Ｂ側で受入可能な電力を超えるような回生電力（以下、この超過電力を「余剰電力」とも称する。）が発生した場合には、蓄電装置Ｂに過充電が発生する可能性がある。

図２には、余剰電力消費回路２０（図１）を非動作とした場合における、蓄電装置Ｂが出力する直流電圧Ｖｂおよび蓄電装置Ｂに入出力される直流電流Ｉｂの時間的変化が示される。なお、直流電流Ｉｂについては、蓄電装置Ｂ、電力線６、リアクトルＬ１、スイッチング素子Ｑ１を介して電力線７に流れる方向を正方向として示される。すなわち、正方向とは、昇降圧コンバータ１２が蓄電装置Ｂの直流電圧を昇圧してインバータ１４に供給する放電方向に相当する。一方、負方向とは、昇降圧コンバータ１２がインバータ１４から供給された直流電圧を降圧して蓄電装置Ｂに供給する充電方向に相当する。

図２を参照して、直流電圧Ｖｂは、直流電流Ｉｂが負方向（すなわち、充電方向）に増大するのに伴なって増大する。このとき、過大な回生電力を受けて直流電圧Ｖｂが所定の許容電圧を上回る状態が継続することにより、蓄電装置Ｂが過充電となる可能性がある。

そこで、このような蓄電装置Ｂの過充電を防止するために、本発明の実施の形態に従う電源システム１０♯は、余剰電力が発生した場合には、余剰電力消費回路２０を非動作から動作に切換えることにより、余剰電力の消費動作を実行する。

具体的には、図１を参照して、余剰電力消費回路２０は、電力線６およびアース線５の間に直列接続された抵抗Ｒ１０およびスイッチング素子Ｑ１０と、抵抗Ｒ１０に接続されたダイオードＤ１０とを含んで構成される。

本構成において、スイッチング素子Ｑ１０のオン・オフは、制御装置３０からのスイッチング制御信号Ｓ１０によって制御される。より具体的には、スイッチング素子Ｑ１０は、Ｈ（論理ハイ）レベルのスイッチング制御信号Ｓ１０によりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルのスイッチング制御信号Ｓ１０によりオフされる。

そして、余剰電力が発生したときには、Ｈレベルのスイッチング制御信号Ｓ１０によりスイッチング素子Ｑ１０がオンされることにより、抵抗Ｒ１０には、電力線６およびアース線５間の電圧に応じた電流（以下、「消費電流」とも称する。）が流れる。これにより、余剰電力の消費動作が行なわれるため、蓄電装置Ｂに過充電が発生するのを抑制することができる。

なお、上述した余剰電力が発生したか否かの判断については、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて行なわれる。この過充電情報には、たとえば、蓄電装置Ｂの直流電圧Ｖｂが予め定められたしきい値を超えたこと、あるいは、交流電動機Ｍ１からの回生電力が蓄電装置Ｂの許容充電電力Ｗｉｎを超えたことなどが含まれる。

その一方で、余剰電力消費回路２０は、モータ駆動システム１００で発生した余剰電力のみを消費するのが理想であるのに対して、一旦スイッチング素子Ｑ１０がオンされると、この余剰電力とは無関係に一定電力を消費し続けることになる。したがって、本来の余剰電力を上回る電力が消費されることによって、電力損失が無駄に増大するのを回避するためには、スイッチング素子Ｑ１０を適正なタイミングでオフさせる必要がある。

図３には、スイッチング素子Ｑ１０のオン・オフ制御にパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を用いた場合における、蓄電装置Ｂが出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂの時間的変化が示される。

図３を参照して、ＰＷＭ制御では、スイッチング素子Ｑ１０のオン・オフを、蓄電装置Ｂの直流電圧Ｖｂと許容電圧との比較に従って制御する。この結果、スイッチング素子Ｑ１０のオン期間に対応するＨレベル期間と、オフ期間に対応するＬレベル期間との集合について、一定期間内で直流電圧Ｖｂが許容電圧以下となるようにデューティ比が制御される。

しかしながら、このようにＰＷＭ制御を用いた制御構成においては、スイッチング素子Ｑ１０のオン期間とオフ期間とが必ず交互に設けられる。そして、スイッチング素子Ｑ１０をオフするタイミングは、平均化処理に基づくものであり、必ずしも蓄電装置Ｂへの影響を考慮したものとはなっていない。そのため、図３に示すように、スイッチング素子Ｑ１０をオフするタイミングにおいて、直流電圧Ｖｂが許容電圧を超える電圧値にまで上昇する場合も起こり得る。そのため、蓄電装置Ｂに過充電が発生するのを防止することが困難となる。

そこで、本発明の実施の形態１に従う電源システムでは、スイッチング素子Ｑ１０をオンさせるための最小オン期間Ｔｏｎを予め設定しておき、一旦スイッチング素子Ｑ１０がオンされると、この設定された最小オン期間Ｔｏｎに亘ってスイッチング素子Ｓ１０を連続してオンさせる、すなわち、余剰電力の消費動作を継続する構成とする。

この最小オン期間Ｔｏｎについては、以下に述べるように、モータ駆動システム１００において、交流電動機Ｍ１から過大な回生電力が発生すると想定されるパターン（以下、電力超過パターンとも称す）に基づいて設定される。

図４は、最小オン期間Ｔｏｎの設定動作を説明するための図である。図４を参照して、最小オン期間Ｔｏｎは、図中（１）〜（３）に示される３つの期間ｔ１〜ｔ３に基づいて設定することができる。

図中（１）の期間ｔ１は、モータ駆動システム１００において想定される電力超過パターンに基づいて一義的に決定される時間である。より詳細には、モータ駆動システム１００を搭載した電動車両においては、滑りやすい路面と走行している時、あるいは段差を乗り越えている時などに車輪がスリップし、その後に車輪が路面にグリップすることが想定される。この場合、スリップ時に持ち出される蓄電装置Ｂからの電力が、グリップ時のモータ回転数の急変により蓄電装置Ｂに逆流することにより、蓄電装置Ｂの受入れ可能な電力を超過する可能性がある。そのため、期間ｔ１は、電動車両において、通常、車輪がスリップ状態からのグリップ時となるのに費やされる期間に決定される。なお、この期間ｔ１は、スリップ・グリップ時に対応する期間に限定されるものではなく、走行状況の急変によって蓄電装置Ｂの受入可能な電力を超えるような回生電力（余剰電力）が発生する期間に対応するように決定することができる。

これに対して、図中（２）の期間ｔ２は、上記（１）の期間ｔ１に所定時間を加算した時間に決定される。車輪がグリップから復帰した後においても当該所定時間余剰電力の消費動作をさらに継続させることによって、回生電力が余剰電力消費回路２０での消費電力を下回るために、余剰電力消費回路２０への電力供給源が交流電動機Ｍ１側から蓄電装置Ｂ側へ切換わることを考慮したものである。これにより、グリップ時に一旦過充電となった蓄電装置Ｂを所望の充電状態まで低下させることを可能としている。

さらに、図中（３）の期間ｔ３は、上記（２）での期間ｔ２よりもさらに長い時間であって、余剰電力消費回路２０への電力供給によって、一旦過充電となった蓄電装置Ｂが過放電となるのに要する時間に決定される。

そして、最小オン期間Ｔｏｎは、図中（４）に示されるように、これら３つの期間ｔ１〜ｔ３に基づき、期間ｔ１またはｔ２を下限とし、かつ、期間ｔ３を上限とする範囲内となるように設定される。

図５は、本発明の実施の形態１による電源システムにおける余剰電力消費回路２０のオン・オフ制御による、蓄電装置Ｂが出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂの時間的変化を示す図である。

図５を参照して、時刻ｔ１において、スイッチング制御信号Ｓ１０がＬレベルからＨレベルへ切換わると、最小オン期間Ｔｏｎに相当する時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、スイッチング制御信号Ｓ１０がＨレベルに保持される。これにより、当該期間において、余剰電力消費回路２０による余剰電力の消費動作が実行される。その結果、直流電流Ｉｂが負方向に増大するのが抑制されることから、直流電圧Ｖｂは許容電圧よりも低い電圧レベルに維持されている。これによれば、蓄電装置Ｂにおける過充電発生を確実に防止することができる。

図６は、本発明の実施の形態１に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図６に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０（図１）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図６を参照して、まず制御装置３０は、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０は、図示しないタイマを用いて、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点からの経過時間（以下、オン期間とも称する）Ｔを計時する（ステップＳ０２）。そして、制御装置３０は、計時したオン期間Ｔが予め設定された最小オン期間Ｔｏｎを超えたか否かを判定する（ステップＳ０３）。

計時したオン期間Ｔが最小オン期間Ｔｏｎ以下のとき（ステップＳ０３のＮＯ判定時）には、制御装置３０は、最初の処理に戻る。

一方、計時したオン期間Ｔが最小オン期間Ｔｏｎを超えたとき（ステップＳ０３のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０は、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

以上のように、この発明の実施の形態１においては、余剰電力消費回路２０は、一旦作動すると、電力超過パターンに基づいて設定された最小オン期間に亘って余剰電力の消費動作を継続する。したがって、この実施の形態１によれば、蓄電装置Ｂに過充電が発生することが想定される期間には余剰電力の消費動作が行なわれるため、蓄電装置Ｂにおける過充電発生を確実に防止することができる。

［実施の形態２］
以下の実施の形態２〜８では、実施の形態１で説明した余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換えを実現するための他の制御構造について説明する。すなわち、余剰電力消費回路２０の制御以外のモータ制御については、実施の形態１に従うモータ駆動システム１００と同様に行なわれるので、詳細な説明は繰り返さない。

図７は、この発明の実施の形態２による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。図７を参照して、モータ駆動システム１００Ａは、図１のモータ駆動システム１００と比較して、電流センサ２１、電圧センサ２２および温度センサ９を含む点、および制御装置３０に代えて制御装置３０Ａを含む点で異なる。

電流センサ２１は、電力線６に介挿され、リアクトルＬ１を流れるリアクトル電流ＩＬを検出し、その検出したリアクトル電流ＩＬを制御装置３０Ａへ出力する。電圧センサ２２は、電力線６およびアース線５間に接続され、平滑コンデンサＣ０の両端の電圧（昇降圧コンバータ１２への入力電圧に相当するこの直流電圧を、以下「入力電圧」とも称する。）を検出し、その検出した入力電圧ＶＬを制御装置３０Ａへ出力する。

温度センサ９は、蓄電装置Ｂに近接して配置され、蓄電装置Ｂの内部温度である温度Ｔｂを検出し、その検出した温度Ｔｂを制御装置３０Ａへ出力する。

本実施の形態２に従う制御装置３０Ａは、以下に述べるように、余剰電力が発生したことに応じて、一旦余剰電力消費回路２０が作動すると、各種センサからの入力情報に基づいて交流電動機Ｍ１の回生電力を演算する。そして、その演算した回生電力を蓄電装置Ｂが受入可能と判断された場合には、制御装置３０Ａは、余剰電力消費回路２０を動作から非動作に切換えるものとする。

図８は、本発明の実施の形態２に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図８に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ａ（図７）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図８を参照して、まず制御装置３０Ａは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ａは、電圧センサ２２および電流センサ２１から、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点以降の時刻ｔにおける入力電圧ＶＬ（ｔ）およびリアクトル電流ＩＬ（ｔ）を取得する（ステップＳ０１１）。そして、制御装置３０Ａは、取得した入力電圧ＶＬ（ｔ）とリアクトル電流ＩＬ（ｔ）との積に基づいて回生電力の実績値Ｐｇｎ（ｔ）を算出する（ステップＳ０１２）。なお、ステップＳ０１１で取得されるリアクトル電流ＩＬ（ｔ）には、昇降圧コンバータ１２のスイッチング制御による交流電流（リプル電流）が重畳している。そのため、ステップＳ０１２の回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）の算出に際しては、リアクトル電流ＩＬ（ｔ）の平均化処理またはなまし処理などが行なわれる。

そして、制御装置３０Ａは、回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）が予め定められたしきい値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ０１３）。すなわち、制御装置３０Ａは、蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定する。

回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）がしきい値以上となる場合（ステップＳ０１３のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ａは、最初の処理に戻る。

一方、回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）がしきい値を下回る場合（ステップＳ０１３のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ａは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

なお、上述のステップＳ０１３におけるしきい値は、蓄電装置Ｂが受入れ可能な回生電力である回生可能電力に設定される。一例として、本実施の形態では、蓄電装置Ｂの許容充電電力Ｗｉｎに設定される。図９は、蓄電装置Ｂの許容充電電力特性の一例を示す図である。図９を参照して、許容充電電力Ｗｉｎは、蓄電装置Ｂの温度Ｔｂが低くなるほど減少するという特性を示している。

そこで、制御装置３０Ａは、図９の許容充電電力特性をマップ形式で格納するとともに、温度センサ９からの蓄電装置Ｂの温度Ｔｂに対応する許容充電電力Ｗｉｎを、上記しきい値に設定する。これにより、蓄電装置Ｂが過充電となるのを確実に防止することができる。

以上のように、この発明の実施の形態２においては、余剰電力消費回路２０は、一旦作動すると、交流電動機Ｍ１の回生電力の実績値が蓄電装置Ｂの回生可能電力よりも小さくなるまで余剰電力の消費動作を継続する。したがって、この実施の形態２によれば、蓄電装置Ｂにおける過充電発生を確実に防止することができる。

［実施の形態３］
上述した図８のステップＳ０１３における蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かの判定については、以下に説明するように、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点での回生電力の実績値の記憶値に基づいて行なうように構成することも可能である。

このような構成は、予め格納している蓄電装置Ｂの許容充電電力特性に基づいて、しきい値を設定する構成では、蓄電装置Ｂを構成する二次電池等の個体差、経年劣化およびセル間のばらつき等に起因して、実際の蓄電装置Ｂの許容充電電力Ｗｉｎが、予め格納している許容充電電力特性に基づいて推定された許容充電電力Ｗｉｎと必ずしも一致しないことを考慮したものである。

なぜなら、実際の許容充電電力Ｗｉｎと許容充電電力Ｗｉｎの推定値との間にずれが生じている場合には、回生電力が当該許容充電電力Ｗｉｎの推定値を下回ったことに応じて余剰電力消費回路２０を動作から非動作に切換えた直後に、実際の蓄電装置Ｂの直流電圧Ｖｂ等に基づく過充電情報によって余剰電力消費回路２０が再び動作に切換えられる、いわゆるチャタリングが発生する可能性があるためである。

そこで、このような許容充電電力Ｗｉｎのずれを吸収するための手立てとして、本実施の形態３に従う制御装置３０Ｂは、以下に述べるように、余剰電力が発生したことに応じて、一旦余剰電力消費回路２０が作動すると、各種センサからの入力情報に基づいて交流電動機Ｍ１の回生電力を演算する。そして、その演算した回生電力とスイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点での回生電力実績値の記憶値との大小関係を比較した結果に基づき、演算した回生電力を蓄電装置Ｂが受入可能と判断された場合には、制御装置３０Ｂは、余剰電力消費回路２０を動作から非動作に切換えるものとする。

なお、本実施の形態３に従うモータ駆動システム１００Ｂは、実施の形態２に従うモータ駆動システム１００Ａと比較して、制御装置３０Ａに代えて制御装置３０Ｂを含む点で異なるため、モータ駆動システムの構成についての図示および詳細な説明は繰り返さない。また、制御装置３０Ｂが行なう余剰電力消費回路２０の制御以外のモータ制御については、制御装置３０および３０Ａと同様に行なわれるので、詳細な説明は繰り返さない。

図１０は、本発明の実施の形態２に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図１０に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｂ（図示せず）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１０を参照して、まず制御装置３０Ｂは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｂは、電圧センサ２２および電流センサ２１から、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点以降の時刻ｔにおける入力電圧ＶＬ（ｔ）およびリアクトル電流ＩＬ（ｔ）を取得する（ステップＳ０１１）。そして、制御装置３０Ｂは、取得した入力電圧ＶＬ（ｔ）とリアクトル電流ＩＬ（ｔ）との積に基づいて回生電力の実績値Ｐｇｎ（ｔ）を算出する（ステップＳ０１２）。なお、図８と同様に、ステップＳ０１２の回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）の算出に際しては、リアクトル電流ＩＬ（ｔ）の平均化処理、あるいはなまし処理などが行なわれる。

このとき、制御装置３０Ｂは、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点での回生電力の実績値Ｐｇｎ（ｔ１）を図示しないメモリに記憶しておく（ステップＳ０１３１）。そして、制御装置３０Ｂは、所定周期で演算される回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）が、回生電力実績値の記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ０１３２）。すなわち、制御装置３０Ｂは、余剰電力が発生した時点での回生電力と現時点での回生電力とを比較することにより、蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定する。

回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）が記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）以上となる場合（ステップＳ０１３２のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｂは、最初の処理に戻る。

一方、回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）が記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）を下回る場合（ステップＳ０１３２のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ｂは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

以上のように、この発明の実施の形態３においては、余剰電力の消費動作の実行中における回生電力の受入れ可否の判定には、蓄電装置Ｂの許容充電電力Ｗｉｎが用いられず、単に回生電力実績値の記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）のみが用いられることから、上述したような余剰電力消費回路２０のチャタリングの発生を抑制することができる。この結果、余剰電圧発生回路２０は、一旦作動すると、対応の蓄電装置Ｂが真に回生電力を受入れ可能と判断されるまで余剰電力の消費動作を継続する。したがって、この実施の形態３によれば、蓄電装置Ｂにおける過充電発生を確実に防止することができる。

［実施の形態４］
本実施の形態４では、共通の電源に対して双方向に電力授受可能に接続された複数個の交流電動機を備えたモータ駆動システムにおける、交流電動機からの過大な回生電力の発生による直流電源の過充電を防止するための構成について説明する。

図１１は、この発明の実施の形態４による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。図１１を参照して、モータ駆動システム１００Ｃは、図１のモータ駆動システム１００と比較して、交流電動機Ｍ１およびインバータ１４に代えて、２つのモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構ＰＳＤと、減速機ＲＤと、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なう２つのインバータ１４，３１とを含む点、および制御装置３０に代えて制御装置３０Ｃを含む点で異なる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、一例として、三相交流電動機からなる。モータジェネレータＭＧ１は、内燃機関（図示せず）の作動により生じる動力を受けて発電可能な発電機（ジェネレータ）として作用し、動力分割機構ＰＳＤを介して伝達される回転力を受けて発電する。

一方、モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１で発電された電力および蓄電装置Ｂからの電力の少なくとも一方からの電力により駆動力を発生する電動機（モータ）として作用する。モータジェネレータＭＧ２で発生した回転駆動力は、動力分割機構ＰＳＤと一体化された減速機ＲＤによって減速されて動力分割機構ＰＳＤに伝達されると、内燃機関の回転駆動力と合成された駆動輪（図示せず）に与えられる。なお、モータジェネレータＭＧ２は、運転者のブレーキ操作などの車両制動時において、発電機（ジェネレータ）としても作用し、車両の運動エネルギーを電力エネルギーとして蓄電装置Ｂへ回生することもできる。

インバータ１４および３１は、それぞれモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２と電気的に接続されるとともに、昇降圧コンバータ１２に対して並列に接続される。そして、インバータ１４および３１は、それぞれモータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２との間で授受される電力を制御する。一例として、インバータ１４および３１は、それぞれ三相分のアーム回路を含むブリッジ回路で構成され、それぞれの電力変換動作は、制御装置３０Ｃからのスイッチング制御信号Ｓ１３〜Ｓ１８およびＳ２３〜Ｓ２８により制御される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々には、図１の交流電動機Ｍ１と同様に、電流センサ２４および回転角センサ（レゾルバ）２５が設けられる。これらのセンサによって検出された、モータジェネレータＭＧ１のモータ電流ＭＣＲＴ１およびロータ回転角θ１ならびに、モータジェネレータＭＧ２のモータ電流ＭＣＲＴ２およびロータ回転角θ２は、制御装置３０Ｃへ入力される。

また、制御装置３０Ｃへは、制御装置３０と同様に、電圧センサ１０による蓄電装置Ｂからの直流電圧Ｖｂの検出値、電流センサ１１による直流電流Ｉｂの検出値および、電圧センサ１３によるシステム電圧ＶＨの検出値が入力される。

さらに、制御装置３０Ｃへは、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ１および回生動作を示す制御信号ＲＧＥ１、ならびに、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ２および回生動作を示す制御信号ＲＧＥ２が入力される、
制御装置３０Ｃは、図１に示した制御装置３０と同様の制御構成に基づき、モータジェネレータＭＧ１が指令値に従って動作するように、インバータ１４のスイッチング制御信号Ｓ１３〜Ｓ１８を生成する。同様に、制御装置３０Ｃは、制御装置３０と同様の制御構成に基づき、モータジェネレータＭＧ２が指令値に従って動作するように、インバータ３１のスイッチング制御信号Ｓ２３〜Ｓ２８を生成する。

図１１に示したモータ駆動システムにおいては、複数個のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２からの回生電力が共通の蓄電装置Ｂへ供給可能な構成となっている。したがって、実施の形態１〜３と同様に、蓄電装置Ｂの過充電を防止するためには、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２全体での回生電力を監視した上で、余剰電力消費回路２０を制御する必要がある。

そこで、本実施の形態４に従う制御装置３０Ｃは、余剰電力が発生したことに応じて、一旦余剰電力消費回路２０が作動すると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２全体での回生電力を推定する。そして、その推定した回生電力を蓄電装置Ｂが受入可能と判断された場合には、制御装置３０Ｃは、余剰電力消費回路２０を動作から非動作に切換えるものとする。

なお、本実施の形態４に従う制御装置３０Ｃは、上述した制御装置３０Ａ，３０Ｂと比較して、センサ出力に基づいて交流電動機での回生電力の実績値を演算する構成に代えて、交流電動機の運転状態に基づいて回生電力を推定する構成とした点で異なる。このようにソフトウェア構成上で回生電力を推定する構成としたことにより、入力電圧ＶＬおよびリアクトル電流ＩＬを検出するためのセンサの設置が不要となるため、モータ駆動システムの大型化および高コスト化を抑制することができる。

図１２は、本発明の実施の形態４に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図１２に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｃ（図１１）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１２を参照して、まず制御装置３０Ｃは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｃは、任意の時刻ｔでの回生電力Ｐｇｎ（ｔ）を推定するための情報として、モータジェネレータＭＧ１の運転状態を示す、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ１、モータ回転数Ｎｍ１（回転角速度ω１）、およびモータ電流ＭＣＲＴ１（ｉｖ，ｉｗ）を受ける。さらに、制御装置３０Ｃは、モータジェネレータＭＧ２の運転状態を示す、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ２、モータ回転数Ｎｍ２（回転角速度ω２）、およびモータ電流ＭＣＲＴ２を受ける。そして、制御装置３０Ｃは、これらの入力情報に基づいてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２全体での回生電力Ｐｇｎ（ｔ）を推定する（ステップＳ０２１）。たとえば、回生電力Ｐｇｎ（ｔ）は、モータ駆動システム１００Ｃ全体での電力収支Ｐを表わす下記（１）式に従って推定することができる。
Ｐ＝Ｔｑｃｏｍ１×ω１＋Ｌｏｓｓ１＋Ｔｑｃｏｍ２×ω２＋Ｌｏｓｓ２＋ＬｏｓｓＣ ・・・（１）
ただし、Ｌｏｓｓ１はモータジェネレータＭＧ１における電力損失分を示し、Ｌｏｓｓ２はモータジェネレータＭＧ２における電力損失分を示し、ＬｏｓｓＣは昇降圧コンバータ１２における電力損失分を示す。

そして、制御装置３０Ｃは、推定した回生電力Ｐｇｎ（ｔ）が予め定められたしきい値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ０２２）。なお、このしきい値は、図８でのステップＳ０１３と同様の方法によって、例えば、温度センサ９からの蓄電装置Ｂの温度Ｔｂに対応する許容充電電力Ｗｉｎに設定される。

回生電力の推定値Ｐｇｎ（ｔ）がしきい値以上となる場合（ステップＳ０２２のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｃは、最初の処理に戻る。

一方、回生電力の推定値Ｐｇｎ（ｔ）がしきい値を下回る場合（ステップＳ０２２のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ｃは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

以上のように、この発明の実施の形態４においては、余剰電力消費回路２０は、一旦作動すると、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に基づいて推定された回生電力を蓄電装置Ｂが受入可能と判断されるまで余剰電力の消費動作を継続する。したがって、この発明の実施の形態４によれば、蓄電装置Ｂにおける過充電発生を確実に防止することができる。

さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２全体での回生電力をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に基づいて推定する構成としたことにより、回生電力を算出するための新たなセンサを設置することなく、既存の装置構成を用いて蓄電装置Ｂの過充電を防止することができる。

［変更例］
上述した図１２のステップＳ０２２における蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かの判定については、図１０のステップＳ０１３１，Ｓ０１３２で説明したのと同様に、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点での回生電力の推定値の記憶値に基づいて行なうように構成することも可能である。

図１３は、本発明の実施の形態４の変更例に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図１３に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｃ（図１１）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１３を参照して、まず制御装置３０Ｃは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｃは、任意の時刻ｔでの回生電力Ｐｇｎ（ｔ）を推定するための情報として、モータジェネレータＭＧ１の運転状態を示す、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ１、モータ回転数Ｎｍ１（回転角速度ω１）、およびモータ電流ＭＣＲＴ１（ｉｖ，ｉｗ）を受ける。さらに、制御装置３０Ｃは、モータジェネレータＭＧ２の運転状態を示す、トルク指令値Ｔｒｑｃｏｍ２、モータ回転数Ｎｍ２（回転角速度ω２）、およびモータ電流ＭＣＲＴ２を受ける。そして、制御装置３０Ｃは、これらの入力情報に基づいてモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２全体での回生電力Ｐｇｎ（ｔ）を推定する（ステップＳ０２１）。

このとき、制御装置３０Ｃは、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点での回生電力の推定値Ｐｇｎ（ｔ１）を図示しないメモリに記憶しておく（ステップＳ０２３）。そして、制御装置３０Ｃは、所定周期で推定される回生電力Ｐｇｎ（ｔ）が、回生電力推定値の記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ０２４）。

回生電力推定値Ｐｇｎ（ｔ）が記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）以上となる場合（ステップＳ０２４のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｃは、最初の処理に戻る。

一方、回生電力の推定値Ｐｇｎ（ｔ）が記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）を下回る場合（ステップＳ０２４のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ｃは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

なお、上述の実施の形態４では、２個のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を備えたモータ駆動システムを代表的に例示したが、モータ駆動システムにおけるモータジェネレータ（交流電動機）の個数が２個に限定されるものではなく、任意の個数のモータジェネレータ（交流電動機）を備えたモータ駆動システムについても、余剰電力消費回路２０の制御を、実施の形態４と同様に実行することができる。

［実施の形態５］
図１４は、この発明の実施の形態５による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。図１４を参照して、モータ駆動システム１００Ｄは、図１のモータ駆動システム１００と比較して、制御装置３０に代えて制御装置３０Ｄを含む点で異なる。

本実施の形態５に従う制御装置３０Ｄは、以下に述べるように、交流電動機からの回生電力の実績値もしくは推定値に基づいて蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定するように構成された、実施の形態２〜４での制御装置３０Ａ〜３０Ｃとは異なり、蓄電装置Ｂに入出力される直流電流Ｉｂに基づいて当該判定を行なう構成となっている。

具体的には、余剰電力消費回路２０が余剰電力の消費動作を行なっている状態において、蓄電装置Ｂに入出力される直流電流Ｉｂは、図示しない交流電動機Ｍ１での回生電力Ｐｇｎと余剰電力消費回路２０における消費電力Ｐｃとの大小関係に応じて、（１）負方向（すなわち、充電方向）に流れる場合、（２）Ｉｂ＝０となる場合、（３）正方向（すなわち、放電方向）に流れる場合の３つの形態の間を遷移する。

詳細には、回生電力Ｐｇｎが余剰電力消費回路２０での消費電力Ｐｃを上回っている場合には、直流電流Ｉｂは負方向に流れる。すなわち、蓄電装置Ｂには、回生電力Ｐｇｎから消費電力Ｐｃを差し引いた電力が供給される。

これに対して、回生電力Ｐｇｎが消費電力Ｐｃを下回っている場合には、直流電流Ｉｂは正方向に流れる。この場合、余剰電力消費回路２０は、回生電力Ｐｇｎに蓄電装置Ｂからの放電電力を加算した電力を消費することになる。

そして、回生電力Ｐｇｎと消費電力Ｐｃとが等しい場合には、直流電流Ｉｂ＝０となる。すなわち、回生電力Ｐｇｎは全て余剰電力消費回路２０により消費される。

ここで、余剰電力消費回路２０における消費電力Ｐｃが略一定であることを鑑みれば、直流電流Ｉｂは、回生電力Ｐｇｎの大きさに応じて上記（１）〜（３）のいずれかの形態となることが分かる。したがって、蓄電装置Ｂの充電状態を管理するために設けられている電流センサ１１を用いて余剰電力消費回路２０の動作時における直流電流Ｉｂを監視すれば、回生電力Ｐｇｎを演算または推定を行なうことなく、また、新たなセンサを追加することなく、蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定することができる。

図１５は、本発明の実施の形態５による電源システムにおける余剰電力消費回路２０のオン・オフ制御による、蓄電装置Ｂに入出力される直流電流Ｉｂおよび回生電力Ｐｇｎの時間的変化を示す図である。なお、同図において、蓄電装置Ｂと交流電動機Ｍ１との間で授受される電力は、蓄電装置Ｂが放電される方向を正方向として示される。また、直流電流Ｉｂおよびリアクトル電流ＩＬについても、放電方向を正方向として示される。

図１５を参照して、時刻ｔ１において、スイッチング制御信号Ｓ１０がＬレベルからＨレベルへ切換わると、余剰電力消費回路２０は、余剰電力の消費動作を開始する。これにより、蓄電装置Ｂの充電電力Ｐｂは、回生電力Ｐｇｎから余剰電力消費回路２０での消費電力Ｐｃだけ減少する。しかしながら、回生電力Ｐｇｎが消費電力Ｐｃを上回っているため、直流電流Ｉｂは負方向に流れている。

制御装置３０Ｄは、時刻ｔ１以降における電流センサ１１による直流電流Ｉｂの検出値を監視しており、当該検出値に基づいて蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定する。具体的には、制御装置３０Ｄは、所定周期で入力される直流電流Ｉｂの検出値とスイッチング素子Ｑ１０がオンされた時刻ｔ１での直流電流Ｉｂの検出値の記憶値との大小関係を比較する。そして、直流電流Ｉｂの検出値が記憶値を超えたことに基づいて蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能と判定された場合には、余剰電力消費回路２０を動作から非動作に切換える。

図１６は、本発明の実施の形態５に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図１６に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｄ（図１４）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１６を参照して、まず制御装置３０Ｄは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｄは、電流センサ１１から、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点以降の時刻ｔにおける直流電流Ｉｂ（ｔ）を取得する（ステップＳ０３１）。

このとき、制御装置３０Ｄは、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点での直流電流Ｉｂ（ｔ１）を図示しないメモリに記憶しておく（ステップＳ０３２）。そして、制御装置３０Ｄは、所定周期で取得される直流電流Ｉｂ（ｔ）が、直流電流の記憶値Ｉｂ（ｔ１）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ０３３）。

直流電流Ｉｂ（ｔ）が記憶値Ｉｂ（ｔ１）以下となる場合（ステップＳ０３３のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｄは、最初の処理に戻る。

一方、直流電流Ｉｂ（ｔ）が記憶値Ｉｂ（ｔ１）を上回る場合（ステップＳ０３３のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ｄは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

［変更例］
なお、直流電流Ｉｂの検出値を用いた回生電力の受入れ可否の判定は、以下の変更例に示す制御構成によっても行なうことができる。

図１７は、本発明の実施の形態５の変更例による電源システムにおける余剰電力消費回路２０のオン・オフ制御による、蓄電装置Ｂに入出力される直流電流Ｉｂおよび回生電力Ｐｇｎの時間的変化を示す図である。なお、同図においても図１５と同様に、電力および電流は蓄電装置Ｂの放電方向を正方向として示される。

図１７を参照して、時刻ｔ１において、スイッチング制御信号Ｓ１０がＬレベルからＨレベルへ切換わると、余剰電力消費回路２０は、余剰電力の消費動作を開始する。これにより、蓄電装置Ｂの充電電力Ｐｂは、回生電力Ｐｇｎから余剰電力消費回路２０での消費電力Ｐｃだけ減少する。しかしながら、回生電力Ｐｇｎが消費電力Ｐｃを上回っているため、直流電流Ｉｂは負方向に流れている。

制御装置３０Ｄは、時刻ｔ１以降における電流センサ１１による直流電流Ｉｂの検出値を監視しており、当該検出値に基づいて蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定する。本変更例では、制御装置３０Ｄは、所定周期で入力される直流電流Ｉｂの検出値が予め定められたしきい値を超えたことに基づいて蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能と判定し、余剰電力消費回路２０を動作から非動作に切換える。

なお、直流電流Ｉｂのしきい値は、図１７に示すように、零もしくは正の値となるように設定される。したがって、しきい値を零に設定した場合には、回生電力Ｐｇｎと消費電力Ｐｃとが等しくなったときに、余剰電力消費回路２０は非動作となる。また、しきい値を正の値に設定した場合には、余剰電力消費回路２０への電力供給源が交流電動機Ｍ１側から蓄電装置Ｂへ切換わった後に余剰電力消費回路２０は非動作となる。これにより、一旦過充電となった蓄電装置Ｂを所望の充電状態まで低下させることができる。

図１８は、本発明の実施の形態５の変更例に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図１８に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｄ（図１４）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１８を参照して、まず制御装置３０Ｄは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｄは、電流センサ１１から、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点以降の時刻ｔにおける直流電流Ｉｂ（ｔ）を取得する（ステップＳ０３１）。

そして、制御装置３０Ｄは、直流電流Ｉｂ（ｔ）が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ０３４）。直流電流Ｉｂ（ｔ）がしきい値以下となる場合（ステップＳ０３４のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｄは、最初の処理に戻る。

一方、直流電流Ｉｂ（ｔ）がしきい値を上回る場合（ステップＳ０３４のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ｄは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

以上のように、この発明の実施の形態５においては、余剰電力の消費動作の実行中における回生電力の受入れ可否の判定には、蓄電装置Ｂの充電状態を管理するために設けられている電流センサ１１からの直流電流Ｉｂの検出値が用いられることから、回生電力を演算または推定、およびセンサの追加が不要となるため、より簡易に蓄電装置Ｂにおける過充電発生を防止することができる。

［実施の形態６］
実施の形態５では、既設の電流センサ１１からの直流電流Ｉｂの検出値を用いて回生電力の受入れ可否を判定する構成について例示したが、既設のセンサを用いた他の構成として、実施の形態６では、蓄電装置Ｂの充電状態を管理するために設けられている電圧センサ１０（図１４）の検出値を用いて回生電力の受入れ可否を判定する構成について説明する。なお、実施の形態６に従うモータ駆動システムは、実施の形態５に従うモータ駆動システム（図１４）と比較して、制御装置３０Ｄに代えて制御装置３０Ｅを含む点で異なることから、図示ならびに詳細な説明は繰り返さない。

図１９は、本発明の実施の形態６による電源システムにおける余剰電力消費回路２０のオン・オフ制御による、蓄電装置Ｂが出力する直流電圧Ｖｂおよび入出力される直流電流Ｉｂ、および回生電力Ｐｇｎの時間的変化を示す図である。なお、同図においても図１５と同様に、電力および電流は蓄電装置Ｂの放電方向を正方向として示される。

図１９を参照して、時刻ｔ１において、スイッチング制御信号Ｓ１０がＬレベルからＨレベルへ切換わると、余剰電力消費回路２０は、余剰電力の消費動作を開始する。これにより、蓄電装置Ｂの充電電力Ｐｂは、回生電力Ｐｇｎから余剰電力消費回路２０での消費電力Ｐｃだけ減少する。

制御装置３０Ｅは、時刻ｔ１以降における電圧センサ１０による直流電圧Ｖｂの検出値を監視しており、当該検出値に基づいて蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定する。具体的には、制御装置３０Ｅは、所定周期で入力される直流電圧Ｖｂの検出値とスイッチング素子Ｑ１０がオンされた時刻ｔ１での直流電圧Ｖｂの検出値の記憶値との大小関係を比較する。そして、直流電圧Ｖｂの検出値が記憶値を下回ったことに基づいて蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能と判定された場合には、余剰電力消費回路２０を動作から非動作に切換える。

図２０は、本発明の実施の形態６に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図２０に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｅが予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図２０を参照して、まず制御装置３０Ｅは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｅは、電圧センサ１０から、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点以降の時刻ｔにおける直流電圧Ｖｂ（ｔ）を取得する（ステップＳ０４１）。

このとき、制御装置３０Ｅは、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点での直流電圧Ｖｂ（ｔ１）を図示しないメモリに記憶しておく（ステップＳ０４２）。そして、制御装置３０Ｅは、所定周期で取得される直流電圧Ｖｂ（ｔ）が、直流電圧の記憶値Ｖｂ（ｔ１）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ０４３）。

直流電圧Ｖｂ（ｔ）が記憶値Ｖｂ（ｔ１）以上となる場合（ステップＳ０４３のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｅは、最初の処理に戻る。

一方、直流電圧Ｖｂ（ｔ）が記憶値Ｖｂ（ｔ１）を下回る場合（ステップＳ０４３のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ｅは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

以上のように、この発明の実施の形態６においては、余剰電力の消費動作の実行中における回生電力の受入れ可否の判定には、蓄電装置Ｂの充電状態を管理するために設けられている電圧センサ１０からの直流電圧Ｖｂの検出値が用いられることから、回生電力を演算または推定、およびセンサの追加が不要となるため、より簡易に蓄電装置Ｂにおける過充電発生を防止することができる。

なお、上述の実施の形態６では、電圧センサ１０による直流電圧Ｖｂの検出値を監視する構成について例示したが、これに代えて、電力線６およびアース線５間に接続された電圧センサによる入力電圧ＶＬの検出値を監視する構成としてもよい。

［実施の形態７］
既設のセンサを用いた他の構成として、実施の形態７では、蓄電装置Ｂの充電状態を管理するために設けられている電圧センサ１０および電流センサ１１の検出値を用いて回生電力の受入れ可否を判定する構成について説明する。

図２１は、この発明の実施の形態７による電源システムが搭載されるモータ駆動システムの構成を示すブロック図である。図２１を参照して、モータ駆動システム１００Ｆは、図１のモータ駆動システム１００と比較して、制御装置３０に代えて制御装置３０Ｆを含む点で異なる。

本実施の形態７に従う制御装置３０Ｆは、以下に述べるように、蓄電装置Ｂの管理用の電圧センサ１０および電流センサ１１の検出値を用いて交流電動機からの回生電力の実績値を演算し、その演算した回生電力実績値に基づいて蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定するように構成される。

具体的には、余剰電力消費回路２０が余剰電力の消費動作を行なっている状態において、交流電動機での回生電力Ｐｇｎは、余剰電力消費回路２０での消費電力Ｐｃおよび蓄電装置Ｂの充電電力Ｐｂの合計値となる。消費電力Ｐｃおよび充電電力Ｐｂの実績値は、それぞれ電圧センサ１０による直流電圧Ｖｂの検出値および電流センサ１１による直流電流Ｉｂの検出値を用いて、下記（２）および（３）式に従って算出することができる。
Ｐｃ＝Ｖｂ^２／Ｒ ・・・（２）
Ｐｂ＝Ｖｂ×Ｉｂ ・・・（３）
ただし、Ｒは抵抗Ｒ１０の抵抗値を示す。

したがって、上記（２）および（３）式で算出された消費電力Ｐｃおよび充電電力Ｐｂの実績値の和に基づいて、回生電力Ｐｇｎの実績値を算出することができる。制御装置３０Ｆは、この算出した回生電力実績値Ｐｇｎを蓄電装置Ｂが受入れ可能と判断された場合には、余剰電力消費回路２０を動作から非動作に切換える。

図２２は、本発明の実施の形態７に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図２２に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｆ（図２１）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図２２を参照して、まず制御装置３０Ｆは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｆは、電圧センサ１０および電流センサ１１から、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点以降の時刻ｔにおける直流電圧Ｖｂ（ｔ）および直流電流Ｉｂ（ｔ）を取得する（ステップＳ０５１）。そして、制御装置３０Ｆは、取得した直流電圧Ｖｂ（ｔ）と直流電圧Ｖｂ（ｔ）とを用いて、上記（３）式に従って蓄電装置Ｂの充電電力の実績値Ｐｂ（ｔ）を算出する（ステップＳ０５２）。さらに、制御装置３０Ｆは、上記（２）式に従って余剰電力消費回路２０での消費電力の実績値Ｐｃ（ｔ）を算出すると（ステップＳ０５３）、これらの算出結果に基づき、交流電動機Ｍ１からの回生電力の実績値Ｐｇｎ（ｔ）を算出する（ステップＳ０５４）。

このとき、制御装置３０Ｆは、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点での回生電力の実績値Ｐｇｎ（ｔ１）を図示しないメモリに記憶しておく（ステップＳ０５５）。そして、制御装置３０Ｆは、所定周期で演算される回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）が、回生電力実績値の記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ０５６）。すなわち、制御装置３０Ｆは、余剰電力が発生した時点での回生電力と現時点での回生電力とを比較することにより、蓄電装置Ｂが回生電力を受入れ可能か否かを判定する。

回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）が記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）以上となる場合（ステップＳ０５６のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｆは、最初の処理に戻る。

一方、回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）が記憶値Ｐｇｎ（ｔ１）を下回る場合（ステップＳ０５６のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ｆは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

なお、本実施の形態７においては、実施の形態３と同様に、回生電力の受入れ可否の判定に回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）の時間的変化のみが用いられる。そのため、余剰電力消費回路２０のチャタリングの発生を抑制することができる。

［変更例］
図２３は、本発明の実施の形態７の変更例に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図２３に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｆ（図２１）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図２３を参照して、まず制御装置３０Ｆは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｆは、電圧センサ１０および電流センサ１１から、スイッチング素子Ｑ１０がオンされた時点以降の時刻ｔにおける直流電圧Ｖｂ（ｔ）および直流電流Ｉｂ（ｔ）を取得する（ステップＳ０５１）。そして、制御装置３０Ｆは、取得した直流電圧Ｖｂ（ｔ）と直流電圧Ｖｂ（ｔ）とを用いて、上記（２）および（３）式に従って蓄電装置Ｂの充電電力の実績値Ｐｂ（ｔ）および余剰電力消費回路２０での消費電力の実績値Ｐｃ（ｔ）をそれぞれ算出すると（ステップＳ０５２，Ｓ０５３）、これらの算出結果に基づき、交流電動機Ｍ１からの回生電力の実績値Ｐｇｎ（ｔ）を算出する（ステップＳ０５４）。

そして、制御装置３０Ｆは、回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）が予め定められたしきい値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ０５７）。このしきい値は、蓄電装置Ｂが受入れ可能な回生電力である回生可能電力であって、一例として、蓄電装置Ｂの許容充電電力Ｗｉｎに設定される。

回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）がしきい値以上となる場合（ステップＳ０５７のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｆは、最初の処理に戻る。

一方、回生電力実績値Ｐｇｎ（ｔ）がしきい値を下回る場合（ステップＳ０５７のＹＥＳ判定時）には、制御装置３０Ｆは、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

以上のように、この発明の実施の形態７においては、蓄電装置Ｂの充電状態を管理するために設けられている電圧センサ１０からの直流電圧Ｖｂの検出値を用いて回生電力の実績値が算出され、その算出した回生電力実績値に基づいて回生電力の受入れ可否の判定が行なわれる。したがって、この発明の実施の形態７によれば、新たなセンサの追加を必要とせず、蓄電装置Ｂにおける過充電発生を確実に防止することができる。

さらには、同じくセンサの追加を不要とする実施の形態４のモータ駆動システム１００Ｃ（図１１）と比較すると、実施の形態４に従う制御装置３０Ｃは、交流電動機の運転状態に基づいて、ソフトウェア構成上で回生電力を推定するように構成されるため、走行状況の急変（たとえば急ブレーキやスリップなど）によって蓄電装置Ｂの受入可能な電力を超えるような回生電力が発生するケースでは、モータ回転数が急変したことの認識が遅れることによって、回生電力の受入れ可否を正確に判定できない可能性が生じてしまう。これに対して、本実施の形態７に従う制御装置３０Ｆは、既設のセンサの検出値を用いて回生電力の実績値を算出することから、このようなケースにおいても、正確な判定を行なうことが可能となる。

［実施の形態８］
最後に、以下の実施の形態８では、センサの検出値を用いず、ソフトウェア構成上で回生電力の受入れ可否を判定する構成の他の例として、モータ駆動システムが搭載された電動車両の走行パターンに基づいて上記判定を行なう構成について説明する。

なお、本実施の形態８におけるモータ駆動システムは、図１１のモータ駆動システム１００Ｃと比較して、制御装置３０Ｃに代えて制御装置３０Ｇを含む点で異なるため、モータ駆動システムの構成についての図示および詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態８において、制御装置３０Ｇは、以下に述べるように、実施の形態１での電力超過パターンに基づいて余剰電力消費回路２０を動作させるための最小オン時間Ｔｏｎを予め設定する構成を応用したものであって、ソフトウェア構成上で回生電力の推定を行なわない点において、実施の形態４での制御装置３０Ｃとは異なる。

図２４は、本発明の実施の形態８に従う余剰電力消費回路２０の動作／非動作の切換動作を実現するための制御構造を示すフローチャートである。なお、図２４に示すフローチャート中の各ステップについては、制御装置３０Ｇ（図示せず）が予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図２４を参照して、まず制御装置３０Ｇは、蓄電装置Ｂの過充電情報に基づいて余剰電力が発生したか否かを判定し、余剰電力が発生したと判定すると、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルに活性化してスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオンされ、余剰電力消費回路２０における余剰電力の消費動作が開始される（ステップＳ０１）。

スイッチング素子Ｑ１０がオンされて余剰電力消費回路２０が消費動作を開始すると、制御装置３０Ｇは、各種センサからの入力情報に基づいて、モータ駆動システムが搭載された電動車両の走行パターンを検出する。各種センサからの入力情報には、駆動軸の回転数を検出するための車輪速センサからの入力信号、およびアクセルペダルの踏込み量であるアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサからの入力信号などが含まれる。

そして、制御装置３０Ｇは、検出した電動車両の走行パターンに基づき、交流電動機Ｍ１が、過大な回生電力が発生すると想定される特殊運転状態であるか否かを判断する。

具体的には、制御装置３０Ｇは、駆動軸の回転数の変化率に基づいて、スリップ判定、グリップ判定、またはスリップ／グリップの状態変化の有無の判定を行なう（ステップＳ０６１）。そして、走行パターンがスリップ状態からのグリップ時であることが判定されると（ステップＳ０６１のＹＥＳ判定時）、制御装置３０Ｇは、特殊運転フラグＦ＝１に設定する（ステップＳ０６４）。

さらに、スリップ状態からのグリップ時でない場合（ステップＳ０６１のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｇは、駆動軸の回転数の変化率およびアクセル開度に基づいて、急減速中であるか否かを判定する（ステップＳ０６２）。アクセル開度が０であって、かつ、回転数の減少率が所定値よりも大きい場合には、制御装置３０Ｇは、走行パターンが急減速中であると判定して（ステップＳ０６２のＹＥＳ判定時）、特殊運転フラグＦ＝１に設定する（ステップＳ０６４）。一方、走行パターンが急減速中でないとき（ステップＳ０６２のＮＯ判定時）には、制御装置３０Ｇは、交流電動機Ｍ１が、回生電力が通常範囲内となる通常運転状態であると判断して、特殊運転フラグＦ＝０に設定する（ステップＳ０６３）。

次に、制御装置３０Ｇは、交流電動機Ｍ１が特殊運転状態から通常運転状態への遷移が発生したか否かを、特殊運転フラグＦにより判定する（ステップＳ０６５）。そして、ステップＳ０６５のＹＥＳ判定時、すなわち、特殊運転状態から通常運転状態への遷移時には、スイッチング制御信号Ｓ１０をＨレベルからＬレベルに切換えてスイッチング素子Ｑ１０へ出力する。これにより、スイッチング素子Ｑ１０がオフされ、余剰電力消費回路２０が非動作となる（ステップＳ０４）。

これに対して、ステップＳ０６５のＮＯ判定時、すなわち、継続的に特殊運転状態である場合には、制御装置３０Ｇは、最初の処理に戻る。

以上のように、この発明の実施の形態８においては、各種センサ出力から検出されるモータ駆動システムが搭載される電動車両の走行パターンに基づいて、ソフトウェア構成上で回生電力の受入れ可否の判定が行なわれる。したがって、この発明の実施の形態８によれば、新たなセンサの追加を必要とせず、蓄電装置Ｂにおける過充電発生を確実に防止することができる。

また、同じくセンサの追加を不要とする実施の形態４のモータ駆動システム１００Ｃ（図１１）と比較すると、実施の形態４に従う制御装置３０Ｃは、ソフトウェア構成上で回生電力を推定するように構成されるために、走行状況が急変したときには回生電力の受入れ可否を正確に判定できない可能性が生じるのに対し、本実施の形態８に従う制御装置３０Ｇは、走行状況の急変を検知することができるため、正確な判定を行なうことが可能となる。

なお、上記の実施の形態１〜８と本願発明との対応関係については、駆動力発生部２８が「負荷装置」および「駆動力発生部」に相当し、蓄電装置Ｂが「蓄電装置」に相当し、余剰電力消費回路２０が「余剰電力消費回路」に相当する。また、制御装置３０および３０Ａ〜３０Ｇが「制御装置」を実現する。

また、上述の実施の形態１〜８においては、「負荷装置」の一例として、車両の駆動力を発生する構成について説明したが、これに限られず、電力消費の実を行なう装置および電力消費および発電の両方が可能な装置のいずれにも適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、負荷装置と電力を授受可能に構成された電源システムおよびそれを備えた電動車両に適用することができる。

Claims (1)

1. 負荷装置との間で電力を授受可能な電源システムであって、
   前記負荷装置へ電力を供給する一方で、前記負荷装置が発電する回生電力により充電される蓄電装置と、
   オン状態に駆動されることにより、前記回生電力のうち前記蓄電装置に充電されない余剰電力を消費するように構成された余剰電力消費回路と、
   前記余剰電力消費回路を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記余剰電力消費回路がオン状態であるときに、前記蓄電装置の前記回生電力の受入れ可否を判断するとともに、前記蓄電装置が前記回生電力を受入れ可能と判断された場合に、前記余剰電力消費回路をオフ状態に駆動するように構成され、
   前記負荷装置は、前記電源システムから供給される電力を受けて車両の駆動力を発生する駆動力発生部を含み、
   前記制御装置は、前記余剰電力消費回路がオン状態に駆動された時点からの経過時間を計時し、計時した前記経過時間が所定時間を超えたときに、前記蓄電装置が前記回生電力を受入れ可能と判断し、
   前記所定時間は、前記車両の走行状況の変化に応じて前記余剰電力が発生することが想定される期間を含むように設定される、電源システム。

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